Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 4: Phân tích mạng lưới cấp nước

Nội dung text: Bài giảng Mạng lưới cấp thoát nước - Chương 4: Phân tích mạng lưới cấp nước

1. TR ƯNG ðI H C BÁCH KHOA TP. HCM MNG L ƯI C P THOÁT N ƯƠ ÙC Khoa KTXD - B môn KTTNN NI DUNG MÔN H C Ch ươ ng 1. Ch t lưng, ht. phân ph i nưc & thi t b. Ch ươ ng 2. Qu n lý cung - cu trong cp nưc. Ch ươ ng 3. Mô hình hoá & thi t k ht. cp nưc. Ch ươ ng 4: Phân tích mng lưi cp nưc. Ch ươ ng 5: Nưc va trong ñưng ng ch y có áp. Ch ươ ng 6. Quy ho ch h th ng thóat nưc. Ch ươ ng 7. Mô hình hoá & thi t k ht. thoát nưc. PGS. TS. NGUY N TH NG Ch ươ ng 8. Thoát nưc vùng tri u. Ch ươ ng 9. Qu n lý vn hành ht. cp và thoát nưc. E-mail: nthong56@gmail.com or nthong56@yahoo.fr Ph n mm SWMM & EPANET Web: //www4.hcmut.edu.vn/~nguyenthong 10/14/2010 1 10/14/2010 2 Tél. (08) 38 640 979 - 098 99 66 719 MAÏNG LÖÔÙI CAÁP THOAÙT NÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 1 : Chaát löôïng, heä thoáng phaân phoái & thieát bò Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc NI DUNG CHÖÔNG 4 PHAÂN TÍCH MAÏNG LÖÔÙI CAÁP NÖÔÙC Th c hành 1: Mô hình d báo nhu cu Muïc ñích: nưc dùng vi p/p Hi quy tuy n tính • Tìm hieåu baûn chaát vaät lyù söï laøm vieäc ñoàng Th c hành 2: Mô ph ng mng lưi cp thôøi moät heä thoáng goàm nhieàu loaïi coâng trình nưc vi EPANET. (ñöôøng oáng, bôm, ñaøi nöôùc, beå chöùa, ). Th c hành 3: Mô ph ng mng lưi thoát • Xaùc ñònh ‘vuøng caáp nöôùc’ cuûa caùc nguoàn khaùc nưc vi SWMM. nhau trong heä thoáng. Th c hành 4: Mô ph ng th y lc vi HEC- RAS 10/14/2010 3 10/14/2010 4 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc HEÄ THOÁNG BÔM, ÑAØI NÖÔÙC VAØ ÑÖÔøNG OÁNG ÑÖÔØNG CONG ÑAËC TÍNH BÔM Trong maïng löôùi caáp nöôùc söï hoaït ñoäng ñoàng thôøi H (m) cuûa bôm, ñaøi nöôùc vaø heä thoáng ñöôøng oáng phaûi Quan hê Q=f(H) thoûa maõn caùc quy luaät hoaït ñoäng cuûa caùc haïng xá c ñnh tư nha muïc. SX bơm Ñoái vôùi bôm, quan heä giöõa löu löôïng bôm hoaït ñoäng Htk vaø coät nöôùc bôm taïo ra phaûi thoûa maõn ñöôøng cong ñaëc tính cuûa töøng loaïi bôm. H=33.3-20.84.10 -5Q2 Ñoái vôùi ñaøi nöôùc, löu löôïng ra hay vaøo ñaøi tuøy thuoäc
   EPANET H(m), Q(l/s) vaøo coät nöôùc cuûa ñaøi vaø aùp löïc nöôùc taïi nuùt maïng 3 löôùi nôi noái vaøo ñaøi vaøo cuøng thôøi ñieåm. 0 Qtk Q (m /s) 10/14/2010 5 10/14/2010 6 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 1
2. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Trong ñoù Qtk vaø Htk chæ löu löôïng vaø coät nöôùc HIEÄU SUAÁT BÔM thieát keá cuûa bôm. Khi hoaït ñoäng vôùi caùc thoâng soá thieát keá naøy ηηη H (m) max bôm seõ coù hieäu suaát cao nhaát. ηηη ηηη Vì moät lyù do naøo ñoù, bôm phaûi hoaït ñoäng trong 1 > 2 ñieàu kieän khaùc giaù trò thieát keá hieäu suaát seõ H giaûm vaø söï giaûm hieäu suaát seõ caøng taêng khi tk söï khaùc bieät caøng lôùn. 0 10/14/2010 7 10/14/2010 3 8 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng Qtk Q (m /s) MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc QUY LU T TH Y L C PHAÂN T ÍCH Xe t ñoaïn oáng baát kyø  Quan heä giöõa toån thaát naêng löôïng dh (m) vaø löu löôïng ñi qua Q(m 3/s), moät caùch SÖÏ LA ØØM VIE ÄÄC toång quaùt coùdh daïng (m) sau: ÑOÀÀNG THÔ ØØI CA ÙÙC dh 0 HA ÏÏNG MU ÏÏC TRONG dh = KQ m HE ÄÄ THO ÁÁNG 10/14/2010 O Q Q (m 3/s) 9 10/14/2010 10 PGS. Dr. Nguy n Th ng 0 PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc TR ƯNG H P 1 ( BƠM+NG+ðA HÌNH) • Sô ñoà coù theå moâ taû nhö sau: H ð c tí nh bơm
   Xác ñnh Q h 0 h  Bôm söû duïng ñaõ ñöôïc xaùc ñònh (bieát ñöôøng cong Vx? =f(Q) ñaëc tính bôm). dh =g(Q) Ñoïan ñöôøng oáng (ij) vôùi ñaëc tröng hình hoïc cuûa hi oáng ñaõ cho tröôùc (chieàu daøi, ñöôøng kính, heä soá (h ña hình) nhaùm, quy luaät toån thaát naêng löôïng). X dh  Cuoái ñöôøng oáng daãn ñöa nöôùc ñeán moät cao trình hj ñaõ bieát (ña hình). Maët chuaån 0 Qx Q Xaùc ñònh löu löôïng Q0 qua oáng. 10/14/2010 11 10/14/2010 Quy lu 12t PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng th y lc 2
3. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Giaù trò löu löôïng qua oáng (cuõng laø löu löôïng So saùnh giaù trò hx vaø hj (h ña hình): bôm) xaùc ñònh nhö sau:  neáu hx h (bơm TH A ct nưc)
   Q naêng löôïng trong ñöôøng oáng dh. x j
   x seõ taêng ñeán khi naøo hx =hj.  Ngoøai ra, khi bôm hoaït ñoäng vôùi löu löôïng Qx  h cuûa bôm töø ñöôøng cong ñaëc tính bôm. (Quaù trình thay ñoåi Qx giaù trò dh thay ñoåi  Coät nöôùc ño aùp COØN LAÏI taïi cuoái ñöôøng oáng: theo) 2 hx = h – (dh+V x /2g) 10/14/2010 13 10/14/2010 14 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Keát luaän: TR ƯNG H P 2 ( BƠM+NG+Q 0)
   löu löôïng bôm khoâng phaûi laø giaù trò aùp
   Xác ñnh hi ñaët “chuû quan” vaøo heä thoáng. • Giaû thieát bôm söû duïng ñaõ ñöôïc xaùc ñònh
   keát quaû töø söï caân baèng laøm vieäc phoái (bieát ñöôøng cong ñaëc tính bôm) vaø moät ñoïan hôïp giöõa ñaëc tính ñöôøng oáng, bôm vaø ñöôøng oáng (ij) vôùi ñaëc tröng hình hoïc cuûa oáng ñaõ cho tröôùc (chieàu daøi, ñöôøng kính, heä ñieàu kieän “bieân”. soá nhaùm, quy luaät toån thaát naêng löôïng). Ñöôøng oáng taûi löu löôïng thieát keá Q0 cho tröôùc. 10/14/2010 15 • 10/14/2010Xaùc ñònh coät nöôùc hi. 16 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Giaù trò coät nöôùc ño aùp seõ ñöôïc xaùc ñònh Coät nöôùc ño aùp taïi cuoái ñöôøng oáng laø: 2 vôùi giaù trò duy nhaát nhö sau:
   hj = h – (dh+V 0 /2g) vôùi V0=Q 0/S trong ñoù S laø tieát dieän ñöôøng oáng.
   Ñöôøng oáng taûi qua löu löôïng Q0  toån thaát naêng löôïng xaùc ñònh ñöôïc dh Treân cô sôû lyù luaän naøy cho pheùp khaûo saùt söï (theo ñöôøng quy luaät thuûy löïc). thay ñoåi coät nöôùc ño aùp taïi cuoái ñöôøng oáng khi löu löôïng laáy qua oáng thay ñoåi.
   Khi bôm hoïat ñoäng vôùi löu löôïng • Ví duï khi Q taêng, ta thaáy h seõ giaûm vaø dh Q  töø ñöôøng ñaëc tính bôm  h bôm. 0 0 taêng do ñoù hj giaûm (toác ñoä giaûm khoâng phaûi laø tuyeán tính). 10/14/2010 17 10/14/2010 18 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 3
4. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc TR ƯNG H P 3 (BƠM+NG+z ðÀI) SƠ ð H TH NG • Khaûo saùt moät heä thoáng ñôn giaûn goàm bôm X, ñaøi nöôùc. Noái lieàn bôm vaø ñaøi nöôùc laø moät ñöôøng oáng vôùi caùc thoâng soá ñaõ bieát. Giaû H Qñ=? d thieát taïi moät thôøi ñieåm khaûo saùt möïc nöôùc Qb=? Qx? trong ñaøi ñaõ xaùc ñònh Hñ & Vx ñã bi t. A B • Xaùc ñònh traïng thaùi nöôùc ra (vaøo) ñaøi vaø löu X H löôïng bôm Q . x b Maët chuaån 10/14/2010 19 10/14/2010 20 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc
   Gi thi t Qbơm
   Hbơm
   Có Vx (Qx) tính năng lưng ti B: ρρρ 2 2
   Tính tn th t dh X-A EB= z+p/ g+Vx /2g = Hx +Vx /2g
   Tính E ti Ap : E p. So sánh (Hbơm - dh X-A) & Hñ A E p = E +dh Tr ưng hp 1: (Hbơm - dh X-A) > Hñ A B AB p
   Nưc vào ñài. So sánh EA và Eñ, có 2 kh năng xy ra: p Tr ưng hp 1: EA > Eñ
   nưc vào vi lưu lưng Qñ xác ñnh nh ư sau: 10/14/2010 21 10/14/2010 22 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc p Gi thi t giá tr Qbơm vi Qbơm > Qx Tr ưng hp 2: EA E A
   tăng Qbơm cho ñn khi X-A T P T EA = E A & Qñài = Qbơm –Qx
   Tính EA = Hbơm - dh X-A T P T P Nu EA E A
   tăng Qbơm cho ñn khi T P T P EA = E A & Qñài = Qbơm -Qx EA = E A & Qñài = Qbơm -Qx 10/14/2010 23 10/14/2010 24 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 4
5. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Vôùi Qx ñaõ xaùc ñònh (Vx bieát), xaùc ñònh dh AB • So saùnh HA vaø HA(*) . Neáu HA >HA(*) taêng p p  coät nöôùc ño aùp taïi A laø HA , thaät vaäy: giaù trò giaû thieát Qb vaø ngöôïc laïi. Choïn giaù trò p 2 HA =(H x+V 0 /2g) +dh AB Qb khi: H A = HA(*) • So saùnh HA vaø Hñ coù 2 khaû naêng xaûy ra:  Löu löôïng nöôùc ñi vaøo ñaøi laø : Qñ =Qb –Qx. Neáu HA > Hñ nöôùc ñi vaøo ñaøi vôùi löu luôïng Qñ Neáu HA Qx)  h bôm & • Giaû thieát giaù trò Qb (vôùi Qb HA(*) taêng giaù trò giaû thieát Qb
   Löu löôïng cuûa bôm khoâng phuï thuoäc vaø ngöôïc laïi. Choïn giaù trò Qb khi: vaøo aùp ñaët “chuû quan” maø löu löôïng bôm seõ thay ñoåi theo töøng tình huoáng cuï HA = HA(*)
   Löu löôïng nöôùc ñi ra khoûi ñaøi laø : theå cuûa heä thoáng. Q =Q -Q .
   Ñaây laø ñieåm caàn phaûi löu yù khi moâ ñ x b phoûng heä thoáng maïng löôùi caáp nöôùc theo thôøi gian söû duïng töø caùc phaàn meàm. 10/14/2010 27 10/14/2010 28 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc BAØI TAÄP Sô ñoà heä thoáng Trình baøy phöông phaùp xaùc ñònh phaân phoái löu löôïng Bôm X bieát ñöôøng ñaëc tính, Zñ trong caùc oáng cuûa caùc maïng löôùi sau. Giaû thieát quy Ñaøi nöôùc luaät thuûy löïc, thoâng soá veà ñöôøng oáng vaø sô ñoà cao ñoä caùc nuùt vaø ñaëc tröng maïng löôùi ñaõ bieát. hình hoïc oáng bieát 3 Q Z0 4 Z1 4 Q3=? Z 3 Z 1 2 Z (<Z ) 0 1 2 3 0 2 1 1 Mt chu n Z Z 2 3 Bôm X 2 Q4=? Beå chöùa Tính Q4 & Q trong 4 Maët chuaån 10/14/2010 Z (<Z ) 29 10/14/2010 cá c ño n ng ? 30 PGS. Dr. Nguy n Th ng 4 0 PGS. Dr. Nguy n Th ng 5
6. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc LAN TRUYEÀN CHAÁT TRONG Baøi toaùn ñaët ra nhaèm giaûi quyeát vaán ñeà khueách taùn (soá haïng « diffusion ») cuûa chaát khöû truøng (ví duï MAÏNG LÖÔÙI ÑÖÔØNG OÁNG clo) ñöôïc ñöa vaøo maïng löôùi. Ngoaøi heä phöông trình thuûy löïc giôùi thieäu treân, ta coøn coù phöông Giôùi thieäu vaán ñeà: trình ñoái löu (soá haïng « advection ») cuûa chaát ñöa - Xöû lyù hoùa hoïc nöôùc caáp. vaøo nhö sau: ∂ ∂ - Ñaùnh giaù khu vöïc phuïc vuï khaùc cij qij cij = − * + θ ()c nhau cuûa heä thoáng nhieàu nhieàu ∂ ∂ ij t Aij xij nguoàn caáp. 10/14/2010 31 10/14/2010 32 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc trong ñoù: Phöông phaùp xaùc ñònh cij (t) • c : noàng ñoä chaát khöû truøng trong ñoaïn ñöôøng oáng ij Duøng keát quûa baøi toaùn thuûy löïc (qij ) ñaõ bieát, (ij); ñöôïc xem nhö laø moät haøm soá theo khoaûng caùch theá vaøo phöông trình treân (daïng sai phaân) vaø thôøi gian; c = c ( x , t ) kg/m 3. ij ij ij ñeå xaùc ñònh C (t). • x : chieàu daøi doïc theo oáng (ij). ij ij Phöông trình sai phaân aùp duïng cho toaøn boâ • q : löu löôïng trong ñöôøng oáng (ij). ij caùc ñöôøng oáng vaø boå sung caùc phöông trình • AS: tieát dieän. θ ( ) bieåu thò ñieàu kieän baøo toaøn chaát taïi caùc ñieåm • cij tyû leä chaát khöû truøng trong ñöôøng oáng (ij), kg/m 3/ngaøy. nuùt maïng löôùi cho pheùp nhaän ñöôïc soá löôïng phöông trình caàn thieát ñeå giaûi tìm caùc aån soá. Ví duï aùp duïng vôùi phaàn meàm EPANET. 10/14/2010 33 10/14/2010 34 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc BAØI TAÄP SƠ ð MNG L ƯI Cho maïng löôùi sau. Giaû thieát caùc ñöôøng oáng Ñaøi nöôùc (1,2,12,13) coù d=250mm, coøn laïi coù d=200mm vaø L=150m. Cao ñoä caùc nuùt maïng löôùi laø 0m. A 1 2 25 3 4 5 Cao ñoä ñaùy ñaøi nöôùc 20m. Caùc ñieåm laáy 8 11 nöôùc vôùi löu löôïng trung bình qtb =25 l/s. Caùc 1 13 4 7 10 ñieåm laáy nöôùc 2,3,4,5 coù pattern N 1 laø k=1,15 töø 6h, 20h vaø k=0 giôø coøn laïi. Caùc ñieåm laáy 3 6 9 12 B nöôùc 6,7,8,9 coù pattern N 1 laø k=1,2 töø 8h, 22h 6 7 8 9 10 vaø k=0 giôø coøn laïi. Nöôùc ñöôïc caáp töø 2 nuùt nhö sô ñoàvôùi 2 bôm A(Q=20l/s, H=30m) vaø Tìm ranh giôùi nöôùc caáp (gaàn ñuùng) vaøo luùc 10h vaø 20h. 10/14/2010B(Q=100l/s, H=25m). 35 10/14/2010 36 PGS. Dr. Nguy n Th ng PGS. Dr. Nguy n Th ng 6
7. MA ÏNG L ÖÔÙI CA ÁP THOA ÙT N ÖÔÙC Chöông 4: Phaân tích maïng löôùi caáp nöôùc HE ÁÁT CH ÖÔNG 4 10/14/2010 37 PGS. Dr. Nguy n Th ng 7